室内测试胀壳式锚杆锚头膨胀压力的方法

摘要

本发明涉及一种室内测试胀壳式锚杆锚头膨胀压力的方法，属岩土工程技术领域。测试方法包括以下步骤进行：制作外半径为R、内半径为r的厚壁圆筒岩石试样；安装胀壳式锚杆，并在厚壁圆筒岩石试样外表面上划环向标记线，标记出锚头中心所在的水平面位置；沿着环向标记线，在厚壁圆筒岩石试样外表面上对称粘贴多个应变片，应变片测量方向与厚壁圆筒岩石试样的环向一致；以设定的加载速率对锚杆施加拉拔力，实时记录拉拔力、拉拔位移及应变读数；分析试验数据，绘制试验曲线，根据公式计算锚头膨胀压力。本测试方法科学合理，操作过程简便易行，能够准确获取胀壳式锚杆工作过程中的锚头膨胀压力，对于指导锚固工程设计具有重要意义。

权利要求

1.室内测试胀壳式锚杆锚头膨胀压力的方法，其特征在于：包括以下步骤：A、钻取半径为R的圆柱体岩石试样，并在圆柱体岩石试样的中轴线上钻出半径为r的锚杆安装钻孔，制作成厚壁圆筒岩石试样（1）；

B、安装胀壳式锚杆（2），并在厚壁圆筒岩石试样（1）外表面上划环向标记线（3），标记出锚头中心所在的水平面位置；

C、沿着环向标记线（3），在厚壁圆筒岩石试样（1）外表面上对称粘贴多个应变片（4），应变片（4）测量方向与厚壁圆筒岩石试样（1）的环向一致，将应变片（4）与应变仪通过导线连接；

D、对胀壳式锚杆（2）施加拉拔力（5），实时记录拉拔力、拉拔位移及应变读数；

E、分析试验数据，根据公式P=E•ε• (R2- r2)/(2•r2)计算锚头膨胀压力，绘制试验曲线，其中P为锚头膨胀压力，E为厚壁圆筒岩石试样（1）的拉伸弹性模量，ε为应变片（4）读数的平均值，R为厚壁圆筒岩石试样的外半径，r为厚壁圆筒岩石试样的内半径。

2.根据权利要求1所述的室内测试胀壳式锚杆锚头膨胀压力的方法，其特征在于：所述应变片（4）的数量为4～8个。

说明书

室内测试胀壳式锚杆锚头膨胀压力的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种室内测试胀壳式锚杆锚头膨胀压力的方法，属岩土工程技术领域。

背景技术

[0002] 锚杆是边坡、隧道及地下采场等岩土工程中常用的支护结构。根据杆体与岩土体之间锚固型式的不同，常用的锚杆可分为粘结式锚杆和机械式锚杆两种，机械式锚杆主要有楔缝式和胀壳式两种。胀壳式锚杆依靠内锚头的膨胀作用，与锚杆钻孔孔壁紧密挤压进而提供强大的静摩擦力及机械咬合力，发挥锚杆的锚固作用。中国专利公开号CN102808635A，公开日期2012年12月5日，发明名称“一种胀壳式内锚头预应力锚杆及其安装使用方法”，该申请案所公开的锚杆属于典型的胀壳式锚杆。由胀壳式锚杆的工作原理可知，锚头的膨胀压力是影响锚杆锚固力的重要因素之一。然而，胀壳式锚杆工作过程中，锚头与围岩钻孔紧密接触，锚头被包裹在封闭狭小的空间内，常规的压力测试方法及测试装置均无法有效获取锚头的膨胀压力。

发明内容

[0003] 针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种简便宜行的室内测试胀壳式锚杆锚头膨胀压力的方法，可用于胀壳式锚杆锚头膨胀压力的室内测试研究中。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：室内测试胀壳式锚杆锚头膨胀压力的方法，包括以下步骤：

[0005] A、钻取半径为R的圆柱体岩石试样，并在圆柱体岩石试样的中轴线上钻出半径为r的锚杆安装钻孔，制作成厚壁圆筒岩石试样；

[0006] B、安装胀壳式锚杆，并在厚壁圆筒岩石试样外表面上划环向标记线，标记出锚头中心所在的水平面位置；

[0007] C、沿着环向标记线，在厚壁圆筒岩石试样外表面上对称粘贴多个应变片，应变片测量方向与厚壁圆筒岩石试样的环向一致，将应变片与应变仪通过导线连接；

[0008] D、对胀壳式锚杆施加拉拔力，实时记录拉拔力、拉拔位移及应变读数；

[0009] E、分析试验数据，根据公式P=E•ε•(R2- r2)/(2•r2)计算锚头膨胀压力，绘制试验曲线，其中P为锚头膨胀压力，E为厚壁圆筒岩石试样的拉伸弹性模量，ε为应变片读数的平均值，R为厚壁圆筒岩石试样的外半径，r为厚壁圆筒岩石试样的内半径。

[0010] 所述应变片的数量为4～8个。

[0011] 本发明的有益效果是：本发明胀壳式锚杆锚头膨胀压力的室内测试方法，采用环向标记线标记厚壁圆筒岩石试样内锚头的具体位置，通过应变片测量厚壁圆筒岩石试样表面环向张应变，根据厚壁圆筒岩石试样的拉伸弹性模量计算锚杆张拉过程中厚壁圆筒岩石试样表面张应力，根据厚壁圆筒理论应力计算公式计算锚头膨胀压力。本测试方法科学合理，操作过程简便易行，能够准确获取胀壳式锚杆工作过程中的锚头膨胀压力，对于指导锚固工程设计具有重要意义。

附图说明

[0012] 图1是本发明的测试布置方案示意图。

[0013] 图2是实施例1得到的拉拔力与锚头膨胀压力关系曲线。

[0014] 图3是实施例2得到的拉拔力与锚头膨胀压力关系曲线。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图对本发明室内测试胀壳式锚杆锚头膨胀压力的方法作进一步详细地描述。

[0016] 如图1所示，室内测试胀壳式锚杆锚头膨胀压力的方法，包括以下步骤：

[0017] A、钻取半径为R的圆柱体岩石试样，并在圆柱体岩石试样的中轴线上钻出半径为r的锚杆安装钻孔，制作成外半径为R、内半径为r的厚壁圆筒岩石试样1；

[0018] B、安装胀壳式锚杆2，并在厚壁圆筒岩石试样1外表面上划环向标记线3，标记出锚头中心所在的水平面位置；

[0019] C、沿着环向标记线3，在厚壁圆筒岩石试样1外表面上对称粘贴多个应变片4，应变片4测量方向与厚壁圆筒岩石试样1的环向一致，将应变片4与应变仪通过导线连接；

[0020] D、采用位移或者力的控制方式，以设定的加载速率对胀壳式锚杆2施加拉拔力5，实时记录拉拔力、拉拔位移及应变读数；

[0021] E、分析试验数据，绘制试验曲线，根据公式P=E•ε•(R2- r2)/(2•r2)计算锚头膨胀压力，其中P为锚头膨胀压力，E为厚壁圆筒岩石试样的拉伸弹性模量，ε为应变片4读数的平均值，R为厚壁圆筒岩石试样1的外半径，r为厚壁圆筒岩石试样1的内半径。

[0022] 所述应变片4的数量为4～8个。

[0023] 实施例1

[0024] A、钻取半径为50mm的圆柱体岩石试样，所用岩石为花岗岩，其拉伸弹性模量为43.85GPa，在圆柱体岩石试样的中轴线上钻出半径为18mm的锚杆安装钻孔，制作成外半径为50mm、内半径为18mm的厚壁圆筒岩石试样1；

[0025] B、安装胀壳式锚杆，并在厚壁圆筒岩石试样1外表面上划环向标记线3，标记出锚头中心所在的水平面位置；

[0026] C、沿着环向标记线3，在厚壁圆筒岩石试样1外表面上对称粘贴8个应变片4，应变片4的测量方向与厚壁圆筒岩石试样1的环向一致，将应变片4与应变仪通过导线连接；

[0027] D、采用力的控制方式，以0.2千牛/秒的加载速率对锚杆2施加拉拔力5，实时记录拉拔力、拉拔位移及应变读数；

[0028] E、分析试验数据，绘制试验曲线，根据公式P=E•ε• (R2- r2)/(2•r2)计算锚头膨胀压力，其中P为锚头膨胀压力，E为厚壁圆筒岩石试样的拉伸弹性模量，ε为应变片读数的平均值，R为厚壁圆筒岩石试样的外半径，r为厚壁圆筒岩石试样的内半径；图2是本实施例得到的拉拔力与锚头膨胀压力关系曲线，由图2不难看出，随着锚杆拉拔力的增大，锚头膨胀压力呈现逐步增大的趋势，当拉拔力为10KN时锚头膨胀压力为2.05MPa，而当拉拔力增大为20KN时，锚头膨胀压力为3.12MPa。

[0029] 实施例2

[0030] A、钻取半径为50mm的圆柱体岩石试样，所用岩石为大理岩，其拉伸弹性模量为27.93GPa，在圆柱体岩石试样的中轴线上钻出半径为18mm的锚杆安装钻孔，制作成外半径为50mm、内半径为18mm的厚壁圆筒岩石试样1；

[0031] B、安装胀壳式锚杆，并在厚壁圆筒岩石试样1外表面上划环向标记线3，标记出锚头中心所在的水平面位置；

[0032] C 、沿着环向标记线3，在厚壁圆筒岩石试样1外表面上对称粘贴4个应变片4，应变片4的测量方向与厚壁圆筒岩石试样1的环向一致，将应变片4与应变仪通过导线连接；

[0033] D、采用力的控制方式，以0.2千牛/秒的加载速率对锚杆2施加拉拔力5，实时记录拉拔力、拉拔位移及应变读数；

[0034] E、分析试验数据，绘制试验曲线，根据公式P=E•ε• (R2- r2)/(2•r2)计算锚头膨胀压力，其中P为锚头膨胀压力，E为厚壁圆筒岩石试样的拉伸弹性模量，ε为应变片读数的平均值，R为厚壁圆筒岩石试样的外半径，r为厚壁圆筒岩石试样的内半径；图3是本实施例得到的拉拔力与锚头膨胀压力的关系曲线，由图3不难看出，拉拔力施加初期，锚头膨胀压力近乎为零，这表明锚杆拉拔力主要由胀壳与钻孔孔壁间的咬合力平衡，而当拉拔力增加至7.8KN时，锚头膨胀压力呈抛物线型迅速增加，这与图2中曲线形态显著不同，这表明岩性由花岗岩变为大理岩时锚头膨胀特性发生改变。